KR20140008516A - 무기 다층 스택과 무기 다층 스택의 조성 및 방법 - Google Patents

무기 다층 스택과 무기 다층 스택의 조성 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 다층 스택이 기술된다. 상기 다층 스택은: (i) 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고; (ii) 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고, 상기 다층 스택의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 다층 스택이 가스 또는 증기 분자들에 대해 실질적으로 불침투성이 될 수 있게 한다.

Description

무기 다층 스택과 무기 다층 스택의 조성 및 방법{AN INORGANIC MULTILAYER STACK AND METHODS AND COMPOSITIONS RELATING THERETO}
본 특허출원은 미국 가특허출원번호 61/436,726호, 61/436,732호 및 61/436,744호를 기초로 우선권을 주장하는데, 상기 미국 가특허출원번호들은 각각 2011년 1월 27일에 출원되었으며 본 명세서에서 참조문헌들로 인용된다.
본 발명은 일반적으로 다층 스택 및 다층 스택의 조성 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 태양전지, 전해전지, 솔리드 스테이트 광 및 발광 다이오드(LED) 디스플레이 제작공정과 같은 분야에서 캡슐재(encapsulant)로서 사용되는 가요성 다층 스택에 관한 것이다.
다수의 제품, 가령, 전자장치, 의료장치 및 약제장치들은 수증기 및 주위 가스에 대해 민감하며 상기 장치들을 수증기 및 주위 가스에 노출시키면 제품이 손상되고 및/또는 제품의 성능이 저하하게 된다. 이에 따라, 상기 바람직하지 못한 노출 상황에 대한 보호장치인 보호 수단으로서 통상 차단 코팅(blocking coating)이 사용된다.
종종, 차단 코팅으로서 플라스틱 코팅 또는 층들이 사용된다. 불행하게도, 플라스틱 코팅 또는 층들은 가스 및 액체에 대해 좋지 않은 내침투성(permeation resistance)을 가지는데, 이 값들은 수용가능한 제품 성능에 대해 필요 내침투성 값 미만으로 일반적으로 통상 수 배의 값을 가진다. 예로서, 특정 LED 디스플레이 및 태양전지 캡슐화 분야는 약 ＜ 10-4 그램/m2/일 미만의 수증기 전달율을 필요로 하는 반면, 플라스틱 기판으로 널리 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 위한 수증기 전달율은 약 1 내지 10 그램/m2/일 사이이다. 당업자는 수증기 전달율이 물의 내침투성에 대해 역비례할 수 있는 것으로 생각할 것이다.
그 외의 다른 접근법은 PET와 같은 플라스틱 필름에 차단 코팅을 제공함으로써 수증기 침투성을 줄이기 위해 바람직하지 못한 요소들에 대해 노출되는 것으로부터 보호하는 과정을 포함한다. 이러한 코팅은, 통상, 잘 알려진 진공 증착 공정(vacuum deposition process)을 이용하여 플라스틱 기판 위에 증착되는, 단일층의 무기 재료, 가령, Al, SiOx, A10x 및 Si3N4이다. 상기 무기 재료의 단일층 코팅은 PET의 수증기 침투성을 1.0로부터 0.1 그램/m2/일로 줄이게 될 것이다. 따라서, 플라스틱 기판 위의 단일 차단 코팅은 요구 내침투성 값을 충족시키지 못한다.
도 1은 무기 차단층 또는 코팅(12)이 유기층(14)(예를 들어, 아크릴) 위에 형성될 때 구성되는 구조를 가리키는 다이애드(dyad)(10)를 도시한다. 다이애드(10)는 보호층으로서 폴리머 기판(polymeric substrate) 위에 증착될 수 있다. 차단층(12)은 조밀하게 채워진 산화물 입자들로 구성되며 통상적인 확산 배리어(diffusive barrier)로 기능하여 상기 차단층을 통과하는 가스 및 수분 침투를 저해한다. 하지만, 일반적으로, 차단층 내에 결함(defect)가 발견되며, 수분 및 주위 가스 분자들이 산화물 입자들을 통해 확산될 수 있게 되고, 궁극적으로는 해장 전자장치, 가령, 태양전지 및 유기 발광 다이오드의 성능을 저해할 수 있게 된다. 이러한 결함들이 있기 때문에 발생되는 결점들을 해결하기 위하여, 폴리머 기판의 해당 표면과 결함을 매끄럽게 하기 위한 시도로서 차단층(12)에 유기층(14)이 제공된다. 그 외의 다른 특정 접근법들에 따르면, 다층 다이애드를 폴리머 기판 위에 증착시켜 다층 다이애드 내에 존재하는 비-정렬된 결함들을 포함하는 것으로 사용하면, 가스 및 수분 침투를 추가로 줄일 수 있다. 하지만, 다층 다이애드를 증착하면 배리어 비용이 비싸게 될 뿐만 아니라 최종 배리어 필름의 가요성도 줄이게 된다.
보호 수단으로서 단일층의 차단 코팅 또는 단일 다이애드 또는 다층 다이애드가 사용되던 지에 상관없이, 위에서 기술된 종래의 확산 감소 방법(diffusion retarding scheme)들은 해당 폴리머층을 특정 분야(예를 들어, 태양전지 분야 및 LED 디스플레이 분야)에 대해 요구되는 정도까지 보호하지 못한다. 구체적으로, 무기층 내에 존재하는 결함들은 효과적으로 채워지지 못하며(not filled-in) 바람직하지 못한 주위 가스 및 수분이 차단층의 표면으로부터 폴리머 기판으로 이동되는 확산 경로(diffusion pathway)를 제공한다. 일반적인 폴리머 기판은 해당 제품을 적절하게 보호하여 바람직하지 못한 주위 가스 및 수분에 노츨되는 것으로부터 캡슐화시킬 수 없다. 그 결과, 해당 제품은 시간이 흐름에 따라 성능이 저하되며, 결국 고장 나서 상대적으로 짧은 제품 수명을 가지게 된다.
따라서, 바람직하지 못한 주위 가스 및 수분으로부터 수분 및 가스에 민감한 제품을 효과적으로 보호하고 종래의 차단층 및 다이애드 디자인에 의해 겪게 되는 결점들을 없는 신규한 보호층 디자인이 요구된다.
위에서 기술한 내용으로부터 볼 때, 본 발명의 한 형태에서, 본 발명은 다층 스택(multilayer stack)을 제공한다. 상기 다층 스택은: (i) 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층(inorganic barrier layer)을 포함하고; (ii) 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층(inorganic reactive layer)을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고, 상기 다층 스택의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 다층 스택이 가스 또는 증기 분자들에 대해 실질적으로 불침투성이 될 수 있게 한다.
상기 가스 또는 증기 분자들은 수분, 산소, 질소, 수소, 이산화탄소, 아르곤 및 황화수소로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 한 실시예에 따르면, 상기 무기 배리어층은 금속, 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 금속 옥시-니트라이드, 금속 카보-니트라이드 및 금속 옥시-카바이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함한다. 상기 무기 배리어층 내의 금속 조성물은 알루미늄, 은, 실리콘, 아연, 주석, 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 루테늄, 갈륨, 백금, 바나듐, 인듐 및 탄소로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 무기 반응층은 알칼리 금속 옥사이드, 징크 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 금속-도핑 징크 옥사이드 및 실리콘 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는 것이 바람직하다. 특정 실시예들에서, 본 발명의 무기층은 하나 또는 그 이상의 비-옥사이드 화학 성분(non-oxide chemical component)들로 도핑된다(doped).
상기 무기 배리어층과 무기 반응층의 각각의 두께는 약 10 nm 내지 약 1 마이크론 사이일 수 있다. 본 발명의 특정 실시예들에서, 상기 하나 또는 그 이상의 배리어층은 2개의 배리어층을 포함하며, 상기 반응층은 상기 2개의 배리어층들 사이에 끼인다(sandwiched). 상기 반응층은 주상 구조(columnar structure)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 하나 또는 그 이상의 배리어층들은 각각 하나 또는 그 이상의 비결정 재료(amorphous material)들로 형성될 수 있다. 상기 무기 배리어층은 광전송(light transmission)을 필요로 하는 분야에서 실질적으로 투명한 것이 바람직하다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 태양광 모듈(solar module)을 제공한다. 상기 태양광 모듈은: (i) 태양전지를 포함하며; (ii) 상기 태양전지를 적어도 부분적으로 캡슐화하는 태양전지 캡슐재(solar cell encapsulant)를 포함하고, 상기 태양전지 캡슐재는, 추가로: (a) 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고; (b) 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고, 상기 태양전지 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 태양전지 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 태양전지를 보호할 수 있게 한다. 한 실시예에서, 본 발명의 태양전지는 실리콘계 태양전지, 박막(thin-film) 태양전지, 유기 광발전 태양전지 및 염료-감응 태양전지로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 구성원이다. 상기 박막 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 비소, 카드뮴, 텔루륨, 셀레늄 및 황으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는 것이 바람직하다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 광생성 모듈(light generating module)을 제공한다. 상기 광생성 모듈은: (i) 광원을 포함하며; (ii) 상기 광원을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 광원 캡슐재를 포함하고, 상기 광원 캡슐재는, 추가로: (a) 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고; (b) 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고, 상기 광원 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 광원 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 광원을 보호할 수 있게 한다. 특정 실시예들에서, 본 발명의 광원은 유기 또는 무기 발광 다이오드를 포함한다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 발광 다이오드("LED") 디스플레이를 포함한다. 상기 발광 다이오드 디스플레이는: (i) LED를 포함하며; (ii) 상기 LED를 적어도 부분적으로 캡슐화하는 LED 캡슐재를 포함하고, 상기 LED 캡슐재는: (a) 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고; (b) 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고, 상기 LED 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 LED 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 LED를 보호할 수 있게 한다. 특정 실시예들에서, 본 발명의 LED는 OLED로 알려진 유기 발광 다이오드를 포함한다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 전해전지(electrolytic cell)를 제공한다. 상기 전해전지는: (i) 캐소드를 포함하며; (ii) 애노드를 포함하고; (iii) 전해질을 포함하며; (iv) 상기 캐소드, 애노드 및 전해질을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 전해전지 캡슐재를 포함하고, 상기 전해전지 캡슐재는: (a) 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고; (b) 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고, 상기 전해전지 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 전해전지 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 전해전지를 보호할 수 있게 한다. 특정 실시예들에서, 본 발명의 전해전지는 가요성을 지닌다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 반사 디스플레이 모듈(reflective display module)을 제공한다. 상기 반사 디스플레이 모듈은: (i) 반사 디스플레이를 포함하며; (ii) 상기 반사 디스플레이를 적어도 부분적으로 캡슐화하는 반사 디스플레이 캡슐재를 포함하고, 상기 반사 디스플레이 캡슐재는: (a) 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고; (b) 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고, 상기 반사 디스플레이 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 반사 디스플레이 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 반사 디스플레이를 보호할 수 있게 한다. 상기 반사 디스플레이는 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 또는 다층 액정 디스플레이(multi-layer liquid crystal display)를 포함한다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 다층 스택 제작 공정을 제공한다. 상기 공정은: (i) 코팅 기계(coating machine) 위에 가요성 기판을 적재하는 단계를 포함하고; (ii) 상기 코팅 기계의 한 부분 또는 상기 가요성 기판을 이동시켜 상기 가요성 기판이 상기 코팅 기계 내부의 제 1 위치에 배열되는 단계를 포함하며; (iii) 상기 가요성 기판이 상기 제 1 위치에 있을 때 상기 가요성 기판 위에 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 무기 배리어층은 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄일 수 있으며; (iv) 상기 코팅 기계 또는 상기 가요성 기판을 이동시켜 상기 가요성 기판이 상기 코팅 기계 내부의 제 2 위치에 배열되는 단계를 포함하고, 상기 제 2 위치는 상기 제 1 위치와 상이하며; (v) 하나 또는 그 이상의 배리어층에 인접하게 반응층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 반응층은 상기 무기 배리어층을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들과 반응하며, 상기 반응층과 상기 하나 또는 그 이상의 배리어층은 상기 가요성 기판 위에서 조합되어 다층 스택을 형성한다.
위에서 기술된 다층 스택 제작 공정은 태양전지, 광원 및 발광 다이오드 디스플레이, 및 전해전지로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원에 상기 다층 스택을 제공하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 배리어층 형성 단계는 스퍼터링(sputtering), 반응 스퍼터링(reactive sputtering), 증발법(evaporation), 반응 증발법(reactive evaporation), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition), 용액 코팅 공정(solution coating process) 및 플라즈마 기상 증착성장법(plasma enhanced chemical vapor deposition)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기술 중 하나 이상의 기술을 포함할 수 있다. 이와 비슷하게, 상기 반응층 형성 단계는 스퍼터링, 반응 스퍼터링, 증발법, 반응 증발법, 화학적 기상 증착법, 용액 코팅 공정 및 플라즈마 기상 증착성장법으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기술 중 하나 이상의 기술을 포함하는것이 바람직하다. 상기 배리어층 형성 단계는 약 -20 ℃ 내지 약 200 ℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있으며 상기 반응층 형성 단계는 약 -20 ℃ 내지 약 200 ℃ 사이의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 하나 또는 그 이상의 배리어층 형성 단계와 상기 반응층 형성 단계는 각각 롤-대-롤 작동법(roll-to-roll operation)으로 수행된다.
위에서 기술된 적재 단계는: (a) 스풀(spool) 주위에 둘러싸인(wrapped) 가요성 기판을 코팅 기계 내부에 위치시키는 단계; 및 (b) 상기 가요성 기판을 테이크-업 스풀(take-up spool)로 연장하고 상기 테이크-업 스풀에 고정시켜 상기 배리어층 형성 단계를 위해 가요성 기판의 적어도 일부분이 노츨되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 위에서 기술된 공정에서, 상기 배리어층 형성 단계와 상기 반응층 형성 단계 동안 상기 기판은 드럼(drum)과 접촉할 수 있으며, 상기 드럼은 약 -20 ℃ 내지 약 200 ℃ 사이의 온도로 설정된다(set).
또 다른 형태에서, 본 발명은 다층 배리어 스택 조성물(composition)을 제공한다. 상기 다층 배리어 스택 조성물은: (i) 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 무기 배리어층을 포함하고, 상기 무기 배리어층은 금속, 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 금속 옥시-니트라이드, 금속 카보-니트라이드 및 금속 옥시-카바이드-니트라이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하며; (ii) 상기 무기 배리어층을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들과 반응하기 위해 유효한 양의 반응 재료를 포함하는 무기 반응층을 포함하고, 상기 반응 재료는 알칼리 금속 옥사이드, 징크 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 금속-도핑 징크 옥사이드 및 실리콘 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함한다. 상기 무기 배리어층 내에 있는 하나 이상의 구성원은 약 1중량% 내지 약 100중량% 사이의 농도를 가질 수 있으며, 이와 비슷하게, 상기 하나 이상의 반응 재료는 약 1중량% 내지 약 100중량% 사이의 농도를 가질 수 있다.
하지만, 본 발명의 추가적인 목적들과 이점들과 함께, 본 발명의 구성 및 작동 방법은 첨부된 도면들을 참조하여 특정 실시예들을 기술한 하기 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 태양전지를 캡슐화하도록 사용되는 종래의 차단 코팅을 도시한 횡단면도이다.
도 2는 수분 및 그 외의 다른 바람직하지 못한 주위 가스로부터 보호하기 위해 본 발명의 한 실시예에 따른 다층 배리어 스택을 도시한 도면이다.
도 3은 수분 및 그 외의 다른 바람직하지 못한 주위 가스로부터 보호하기 위해 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 배리어 스택을 도시한 측-단면도이다.
도 4는 도 2 및/또는 3의 다층 배리어 스택에 사용될 수 있는 본 발명의 한 실시예에 따른 주상 반응층 구조를 도시한 투시도이다.
도 5는 본 발명의 다층 스택들의 롤-대-롤 제작(roll-to-roll manufacture)을 용이하게 하는 본 발명의 한 실시예에 따른 코팅 기계를 도시한 상부도이다.
하기 설명에서, 본 발명을 더 잘 이해하기 위하여 다양한 특정 실시예들이 기술된다. 하지만, 당업자들에게는, 본 발명이 위에서 언급한 특정 실시예들 중 일부 또는 이 모든 실시예들에만 제한하지 않고도 실시될 수 있다는 사실이 명백할 것이다. 그 외의 다른 경우에서, 본 발명을 불필요하게 불명확하게 만들지 않기 위하여, 잘 알려져 있는 공정 단계들는 상세하게는 기술되지 않는다.
도 2는 다층 스택(200)을 도시하는데, 상기 다층 스택의 내부에서 배리어 층(202)은 반응층(204)에 인접하게 배열된다. 다층 스택(200)은 기판, 바람직하게는 플라스틱으로 제조된 가요성 기판 위에 제작된다. 바람직한 한 실시예에 따르면, 본 발명의 다층 스택은 다양한 적용분야(application)에 대한 캡슐재(encapsulant)로서 사용된다. 한 예로서, 해당 구성이 수분 및 바람직하지 못하거나 주위 가스에 노출되는 것으로부터 보호하기 위해 태양전지, 전해전지, 광생성 모듈, 발광 다이오드(LED) 디스플레이 및 반사 디스플레이를 캡슐화하도록, 상부에 다층 스택(200)이 형성된 플라스틱 기판이 사용된다.
다층 스택(200)에서, 배리어층(202)은 수분 및 바람직하지 못한 가스, 가령, 산소, 질소, 수소, 이산화탄소, 아르곤 및 황화수소에 대한 배리어로서 사용된다. 배리어층(202)은 금속, 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 금속 옥시-니트라이드, 금속 카보-니트라이드 및 금속 옥시-카바이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함한다. 게다가, 배리어층(102)은 원소 형태 또는 화학적 화합물의 일부분으로서 탄소 또는 산소를 포함하는 것이 바람직하다. 배리어층(202)의 예들은 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 니트라이드, 알루미늄 옥시-니트라이드, 탄탈륨 옥사이드, 니오븀 옥사이드, 실리콘 니트라이드, 실리콘 옥시-니트라이드, 실리콘 옥시-카바이드 및 실리콘 카보-니트라이드를 포함한다.
배리어층(202)은 하나 또는 그 이상의 층들의 무기 재료로 제조될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 배리어층(202)은 비결정 재료를 포함한다. 하나보다 많은 무기층(inorganic layer)이 사용될 때, 상이한 층들이 서로에 대해 인접하게 적재되는 것이 바람직하다. 각각의 층에 사용되는 무기 재료의 타입이 반드시 똑같을 필요는 없으며 본 발명의 특정 실시예들에서는 상이할 수도 있다. 배리어층(202)이 위에서 언급한 주위 가스에 대한 배리어로서 사용되는 임의의 무기 재료로 제작될 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 배리어층(202)은 원소 형태 또는 (위에서 기술한 것과 같이) 화합물로서의 금속 조성물을 포함하는데, 상기 금속 조성물은 알루미늄, 은, 실리콘, 아연, 주석, 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 루테늄, 갈륨, 백금, 바나듐, 및 인듐으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함한다. 예로서, 금속 옥사이드는 AlxOy 또는 SiOx를 포함한다. 배리어층(202)에서, 유효한 양의 금속 또는 금속 옥사이드가 존재하면 배리어층을 통해 바람직하지 못한 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것이 줄어든다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 배리어층(202)에서, 금속 또는 금속 옥사이드는 약 1중량% 내지 약 100중량% 사이의 농도, 바람직하게는 약 1중량% 내지 약 50중량% 사이의 농도를 가진다.
배리어층(202)은 약 10 nm 내지 약 1 마이크론 사이, 바람직하게는 약 20 nm 내지 약 300 nm 사이의 두께를 가진다.
배리어층(202)은 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이도록 구성되지만, 바람직하지 못한 가스의 특정 분자들과 수분에 대해 완전히 불침투성은 아니다. 이를 위하여, 본 발명은 바람직하지 못한 가스, 가령, 예를 들어, 배리어층(202)을 통해 확산되는 산소, 질소, 수소, 이산화탄소, 아르곤 및 황화수소의 분자들과 수분과 반응하도록 구성되는 반응층(204)을 제공한다. 종래 지식에 따르면, 반응층(204)의 반응 성질은 태양전지와 그 외의 다른 분야에는 바람직하지 못한데, 그 이유는 수분 및 바람직하지 못한 주위 가스를 흡수하여 제품 성능 저하를 가져와서 결국 제품 고장으로 이어지기 때문이다. 하지만, 본 발명은 배리어 스택 분야에 대해 유용한 방식으로 반응층(204)의 반응 성질을 혁신적으로 사용한다. 구체적으로, 및 배리어층(202)을 통해 확산되는 주위 가스 또는 바람직하지 못한 가스는 반응층(204)과 반응하여, 다층 스택(200)이 확산된 가스 또는 증기 분자들에 대해 실질적으로 불침투성이 될 수 있게 한다.
반응층(204)은 임의의 무기 재료로 제조될 수 있으며 화학적으로 균질적인 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 반응층(204)은 알칼리 금속 옥사이드, 징크 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 금속-도핑 징크 옥사이드 및 실리콘 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 반응 재료를 포함한다. 본 발명의 특정 실시예들에서, 반응층(204)은 하나 또는 그 이상의 비-옥사이드 화학 성분들로 도핑된다(doped). 이러한 비-옥사이드 도핑 재료들의 대표적인 예는 알칼리 금속, 가령, 칼슘, 소듐 및 리튬을 포함한다.
하나 또는 그 이상의 반응층들은 각각 똑같은 재료로 제조되거나 상이한 재료로 제조될 수 있다. 배리어층(202)과 같이, 반응층(204)은 서로에 대해 인접하게 배열된 하나 또는 그 이상의 반응층을 포함할 수 있다. 반응층(204)은 인접한 배리어층을 통해 확산되는 수분 및 바람직하지 못한 가스 또는 주위 가스와 반응하도록 유효한 양의 반응 재료를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 반응층(204)에서, 반응 재료는 약 1중량% 내지 약 100중량% 사이의 농도를 가진다. 하지만, 본 발명의 보다 바람직한 실시예들에서, 반응층(204) 내의 반응 재료는 약 90중량% 내지 약 100중량% 사이의 농도를 가진다.
반응층(204)은 약 10 nm 내지 약 1 마이크론 사이의 총 두께를 가질 수 있으며 약 20 nm 내지 약 500 nm 사이의 총 두께를 가지는 것이 바람직하다. 다층 스택(200)이 플라스틱 기판 위에 형성되며 캡슐재(encapsulant)로서 사용되는 특정 적용분야에서, 캡슐화된 제품의 선적, 취급 및 보관 동안, 플라스틱 기판을 통해 수분 및 바람직하지 못한 주위 가스가 확산되고 반응층(204)과 반응되는 위험이 존재한다. 그 결과, 반응층(204)의 필요 반응 성질이 고갈되며(depleted) 다층 스택(200)이 효과적이 못하게 된다. 이를 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들은 플라스틱 기판과 반응층 사이에 배열된 여분의 배리어층을 제공한다.
반응층(204)이 배리어층(202)과 조성적으로 비슷하면, 그러면, 구조, 도핑 정도, 결정도(crystallinity) 정도(하나의 층이 비결정이지만 다른 층은 비결정이 아닌 경우를 포함하는), 또는 수분 또는 바람직하지 못한 주위 가스와 결합되는 반응도(reactivity)에서 배리어층과는 충분히 상이한 반응층을 가지는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 대안의 실시예에 따른 다층 스택(300)을 도시한다. 다층 스택(300)은 두 배리어층(302 및 306) 사이에 끼인 반응층(304)을 포함한다. 도 3의 반응층(304)은 도 2의 반응층(204)과 실질적으로 비슷하며, 도 3의 배리어층(302 및 306)은 도 2의 배리어층(202)과 실질적으로 비슷하다. 다층 스택(200)과 같이, 다층 스택(300)도 임의의 기판 위에 형성된다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 다층 스택(300)은 가요성의 플라스틱 기판 위에 형성된다.
도 3에 도시된 다층 스택의 형상에서, 플라스틱 기판을 통해 확산되는 바람직하지 못한 가스 또는 주위 가스의 분자 또는 수분이 반응층(304)과 반응하기 전에 배리어층(302)에 의해 차단된다. 이에 따라, 배리어층(302)은 폴리머 기판 백킹(backing)을 통해 확산되는 바람직하지 못한 가스 또는 주위 가스와 수분으로부터 반응층(304)을 보호한다.
도 2의 다층 스택(200) 또는 도 3의 다층 스택(300) 중 어느 다층 스택이 사용되던지 간에 상관없이, 한 구성요소의 반응층은 반응층(예를 들어, 도 2의 반응층(204) 또는 도 3의 반응층(304))과 같이 배열된 도 4에 도시된 주상 구조(404)를 가지는 것이 바람직하다. 주상 구조를 가진 반응층은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는데, 그 이유는 이러한 구조가 확산된 화학종들과 반응하는 보다 활성적인 표면적을 제공하기 때문이다.
도 2와 3에서, 본 발명의 반응층들과 배리어가 서로 접촉한 상태로 도시되었지만, 상기 배리어와 반응층들이 반드시 접촉될 필요는 없다. 본 발명의 특정 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 다양한 기능을 가진 중간층이 반응층들과 배리어 사이에 배열될 수 있다. 예로서, 반응층들과 배리어의 표면들 중 하나 또는 둘 모두를 평면화시키도록 중간층이 사용될 수 있는데, 상기 중간층은 반응층들과 배리어 사이에 배열된다. 그 결과, 배리어층이 반응층에 인접하게 배열되는 것이 기술된 명세서에서, 용어 "인접한(adjacent)"은 배리어와 반응층들이 서로 접촉하는 실시예들에만 제한되는 것이 아니고 하나 또는 그 이상의 중간층들이 배리어와 반응층들 사이에 배열되는 실시예들을 전부 다룬다.
게다가, 위에서 기술된 바람직한 실시예들에 따르면, 본 발명의 배리어와 반응층들은 각각 하나 또는 그 이상의 상이한 타입의 무기 재료들로 제조된다. 하지만, 본 발명의 그 외의 다른 실시예들에서, 본 발명의 배리어와 반응층들은 상기와 같이 하나 또는 그 이상의 상이한 타입의 무기 재료들에만 제한되지 않는다. 본 발명의 특정 실시예들에서, 배리어와 반응층들은 각각 하나 또는 그 이상의 상이한 타입의 유기 재료들로 제조된다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 도 2의 다층 스택(200)과 도 3의 다층 스택(300)은 캡슐재로서 사용된다. 예로서, 태양전지 분야에서, 본 발명의 다층 스택들은 태양전지를 캡슐화하도록 사용된다. 또 다른 예로서, 광생성 모듈이 사용되는 조명 분야에서, 본 발명의 다층 스택들은 광원을 캡슐화하도록 사용된다. 또 다른 예로서, 전해전지 분야에서, 본 발명의 다층 스택은 캐소드, 애노드 및 전해질을 캡슐화하도록 사용된다. 또 다른 예로서, 디스플레이 분야에서, 본 발명의 다층 스택은 디스플레이, 가령, LED 디스플레이 또는 반사 디스플레이를 캡슐화하도록 사용된다. 당업자는 태양전지, 광생성 모듈, 전해전지, LED 디스플레이 및 반사 디스플레이를 캡슐화하는 공정은 종래 기술의 당업자에 잘 알려져 있는 기술들을 사용하여 수행된다는 사실을 이해하고 있을 것이다.
종래 지식에 따르면, 하나의 층이 또 다른 층에 인접하게 제작되어 다층 스택을 형성할 때, 바람직하지 못하게, 한 층에 있는 결함(defect)이 인접한 층으로 전파된다(propagate). 결함 전파 문제는 다층 스택 내에서 층의 개수가 증가함에 따라 악화된다. 이와 대조적으로, 본 발명에서, 뜻밖에 놀랍게도, 무기층이 인접한 층 내에서 발견된 결함을 덮고(cover) 인접한 층을 매끄럽게 한다는 사실이 밝혀졌다. 그 결과, 본 발명의 다층 스택들은 수분 및 증기 배리어에 대해 특히 바람직한데, 그 이유는 본 발명의 다층 스택들이 결함 또는 바람직하지 못한 구조가 한 층으로부터 또 다른 층으로 전파되는 것을 방지하거나 현저히 줄여주기 때문이다.
본 발명의 다층 스택들이 상대적으로 높은 처리량(throughput)을 제공하는 롤-대-롤 기술(roll-to-roll technique)을 사용하여 당업자에 잘 알려져 있는 임의의 기술을 이용하여 형성될 수 있긴 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 코팅 기계(500)를 도시한 상부도를 도시한다. 상기 코팅 기계는 가요성 필름의 롤(roll)을 코팅하기 때문에 "롤 코터(roll coater)"로 지칭된다. 코팅 기계(500)는 언와인드 롤러(502), 아이들 로러(504), 테이크업 롤러(506), 온도 조절식 증착 드럼(508), 하나 또는 그 이상의 증착 영역(510), 및 증착 챔버(512)를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 증착 영역(510)들은 각각 밑에서 설명되는 것과 같이 가요성 기판 위에 최종적으로 증착되는 표적 재료, 전력 공급장치 및 셔터(shutter)를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 가요성 기판(514)이 언와인드 롤러(502) 위에 적재될 때 코팅 공정이 시작된다. 가요성 기판(514)은 언와인드 롤러(502) 위에 적재되는 스풀(spool) 주위로 둘러싸여 있는 바람직하다. 통상, 둘러싸여 있는 가요성 기판의 일부분은 스풀로부터 끌어 당겨지며 아이들 롤러(504)와 증착 드럼(508) 주위로 안내되고, 이에 따라 테이크업 롤러(506)에 연결되도록 회전될 수 있다. 코팅 기계(500)의 작동 상태에서, 언와인드 롤러(502), 테이크업 롤러(506) 및 증착 드럼(508)이 회전되어, 가요성 기판(514)이 차가운 증착 드럼(508) 주위로 다양한 위치들을 따라 이동되게 한다.
가요성 기판(514)이 코팅 기계(500) 내에 적재되고 나면, 코팅 공정은 증착 영역(510) 내에 플라즈마를 타격하는 단계를 포함한다. 코팅 영역 내에서 셔터는 가요성 기판 위에 증착되도록 플라즈마 필드(plasma field) 내에서 하전 입자(chrged particle)들을 안내하여 표적 재료와 충돌하고 상기 표적 재료를 제거한다(eject). 코팅 공정 동안, 가요성 기판(514)의 온도는 증착 드럼(508)을 이용하여 기판에 어떠한 손상도 미치지 않도록 하는 값으로 조절되는 것이 바람직하다. 가요성 기판(514)이 폴리머 재료를 포함하는 본 발명의 실시예들에서, 증착 드럼(508)은 상기 증착 드럼의 온도가 폴리머 재료의 유리전이온도(glass transition temperature) 미만이거나 유리전이온도 근처에 오도록 냉각되는 것이 바람직하다. 이러한 냉각 작용은 증착 공정 동안 폴리머계 기판이 용융되는 것을 방지하여 이에 따라 증착 드럼(508)이 없을 때 발생할 수 있는 폴리머계 기판의 성능 저하를 방지한다.
도 5로부터 볼 수 있듯이, 다수의 증착 영역들이 제공되며, 각각의 증착 영역은 폴리머 기판 위에 오직 하나의 특정 재료를 증착시키도록 제공될 수 있다. 예로서, 증착 영역들 중 한 증착 영역에서, 표적 재료는 배리어층의 증착을 용이하게 하기 위하여(가령, 예를 들어, 도 2의 배리어층(202)의 증착을 용이하게 하거나 도 3의 배리어층(302 및 306) 중 하나 이상의 배리어층의 증착을 용이하게 하기 위하여) 금속, 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 금속 옥시-니트라이드, 금속 카보-니트라이드, 및 금속 옥시-카바이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함한다. 또 다른 예로서, 증착 영역들 중 또 다른 증착 영역에서, 표적 재료는 반응층을 형성하기 위하여(가령, 예를 들어, 도 2의 반응층(204)을 형성하거나 도 3의 반응층(304)을 형성하기 위하여) 알칼리 금속 옥사이드, 징크 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 금속-도핑 징크 옥사이드 및 실리콘 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함한다. 가요성 기판(514)을 한 위치로부터 또 다른 위치로 이동시킴으로써, 상이한 타입 및 상이한 두께를 가진 표적 재료는 상이한 증착 영역들에서 기판 위에 증착될 수 있다. 코팅 기계(500)는 스퍼터링(sputtering), 반응 이온 스퍼터링(reactive ion sputtering), 증발법(evaporation), 반응 증발법(reactive evaporation), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition) 및 플라즈마 기상 증착성장법(plasma enhanced chemical vapor deposition)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기술 중 하나 이상의 기술을 실행하도록 사용될 수 있다.
다중층들의 증착을 용이하게 하기 위해 기판을 한 위치로부터 또 다른 위치로 이동시키는 대신, 본 발명의 특징들에 따르면, 기판을 정지 상태로 유지시키고 코팅 기계의 적어도 일부분을 이동시키거나 기판과 코팅 기계 둘 모두를 이동시킴으로써 본 발명의 특징들이 구현될 수 있다는 사실은 주목할 만하다.
증착을 위해 실행된 특정 공정 대신에, 본 발명의 롤-대-롤 기술(roll-to-roll technique)은 상이한 타입과 두께의 층들을 기판 위에 신속하게 증착시켜 본 발명의 다층 스택을 형성할 수 있게 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 롤-대-롤 제작 공정은 매우 높은 처리량을 구현하여 매출이 증가된다. 태양전지 산업이 상업적으로 성공할 수 있는 대체에너지 해결책이 되기에 도전요소가 많은 현재의 배경에 반해, 본 발명의 다층 스택과 공정은 종래의 디자인 및 공정에 비해 주목할 정도로 개선되었음을 보여준다.
위에서 설명한 것과 같이, 도 3의 다층 스택(300) 내에 있는 배리어와 반응층들은 해당 다층 스택들이 가요성을 지니면서도 수증기에 대해 불침투성을 가지도록 적절한 무기 옥사이드 재료들로 제조될 수 있다. 본 발명에 따르면, 배리어층을 통해 흡수되는 수증기의 양이 제한되는 경우 다층 스택 내측의 반응층의 수명이 늘어나게 된다. 게다가, 본 발명에 따르면, 반응층들과 배리어의 경계면(interface)에 도달되는 수증기의 양을 최소화시킴으로써 수증기 흡수량도 제한된다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 기술되고 예시되었지만, 그 외의 다른 변형예, 변경예, 및 대체예들도 가능하다. 예로서, 본 발명은 단순 가스 및 수증기의 배리어도 기술하지만, 본 발명의 시스템, 공정 및 조성을 이용하여 유기 재료가 이동되는 것을 줄일 수도 있다. 이에 따라, 청구범위는 밑에서 기술되는 것과 같이 본 발명의 범위와 일치하면서도 광범위하게 구성되는 것이 적절하다.

Claims (36)

  1. 다층 스택에 있어서,
    상기 다층 스택은:
    - 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고;
    - 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고,
    상기 다층 스택의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 다층 스택이 가스 또는 증기 분자들에 대해 불침투성이 될 수 있게 하는 다층 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 또는 증기 분자들은 수분, 산소, 질소, 수소, 이산화탄소, 아르곤 및 황화수소로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기 배리어층은 금속, 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 금속 옥시-니트라이드, 금속 카보-니트라이드 및 금속 옥시-카바이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무기 배리어층은 알루미늄, 은, 실리콘, 아연, 주석, 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 루테늄, 갈륨, 백금, 바나듐, 및 인듐으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무기 반응층은 알칼리 금속 옥사이드, 징크 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 금속-도핑 징크 옥사이드 및 실리콘 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무기 반응층은 하나 또는 그 이상의 비-옥사이드 화학 성분들로 도핑되는(doped) 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 무기 반응층은 무기 매트릭스(inorganic matrix)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무기 배리어층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1 마이크론 사이인 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무기 반응층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1 마이크론 사이인 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배리어층은 2개의 배리어층을 포함하며, 상기 반응층은 상기 2개의 배리어층들 사이에 끼는 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반응층은 주상 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배리어층들은 각각 하나 또는 그 이상의 비결정 재료들로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 무기 배리어층은 투명한 것을 특징으로 하는 다층 스택.
  14. 태양광 모듈에 있어서,
    상기 태양광 모듈은:
    - 태양전지를 포함하며;
    - 상기 태양전지를 적어도 부분적으로 캡슐화하는 태양전지 캡슐재를 포함하고, 상기 태양전지 캡슐재는:
    - 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고;
    - 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고,
    상기 태양전지 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 태양전지 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 태양전지를 보호할 수 있게 하는 태양광 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 태양전지는 실리콘계 태양전지, 박막 태양전지, 유기 광발전 태양전지 및 염료-감응 태양전지로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 구성원인 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 박막 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 비소, 카드뮴, 텔루륨, 셀레늄 및 황으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  17. 광생성 모듈에 있어서,
    상기 광생성 모듈은:
    - 광원을 포함하며;
    - 상기 광원을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 광원 캡슐재를 포함하고, 상기 광원 캡슐재는:
    - 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고;
    - 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고,
    상기 광원 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 광원 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 광원을 보호할 수 있게 하는 광생성 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광원은 유기 또는 무기 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광생성 모듈.
  19. 발광 다이오드 디스플레이에 있어서,
    상기 발광 다이오드 디스플레이는:
    - 발광 다이오드를 포함하며;
    - 상기 발광 다이오드를 적어도 부분적으로 캡슐화하는 발광 다이오드 캡슐재를 포함하고, 상기 발광 다이오드 캡슐재는:
    - 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고;
    - 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고,
    상기 발광 다이오드 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 발광 다이오드 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 발광 다이오드를 보호할 수 있게 하는 발광 다이오드 디스플레이.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 OLED로 알려진 유기 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 디스플레이.
  21. 전해전지에 있어서,
    상기 전해전지는:
    - 캐소드를 포함하며;
    - 애노드를 포함하고;
    - 전해질을 포함하며;
    - 상기 캐소드, 애노드 및 전해질을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 전해전지 캡슐재를 포함하고, 상기 전해전지 캡슐재는:
    - 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고;
    - 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고,
    상기 전해전지 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 전해전지 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 전해전지를 보호할 수 있게 하는 전해전지.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전해전지는 가요성을 지니며 경량인 것을 특징으로 하는 전해전지.
  23. 반사 디스플레이 모듈에 있어서,
    상기 반사 디스플레이 모듈은:
    - 반사 디스플레이를 포함하며;
    - 상기 반사 디스플레이를 적어도 부분적으로 캡슐화하는 반사 디스플레이 캡슐재를 포함하고, 상기 반사 디스플레이 캡슐재는:
    - 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 포함하고;
    - 상기 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층에 인접하게 배열된 무기 반응층을 포함하며, 상기 반응층은 가스 또는 증기 분자들과 반응할 수 있고,
    상기 반사 디스플레이 캡슐재의 작동 상태에서, 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층들을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들은 상기 무기 반응층과 반응하여 상기 반사 디스플레이 캡슐재가 가스 또는 증기 분자들로부터 반사 디스플레이를 보호할 수 있게 하는 반사 디스플레이 모듈.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 반사 디스플레이는 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 또는 다층 액정 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 디스플레이 모듈.
  25. 다층 스택 제작 공정에 있어서,
    상기 공정은:
    - 코팅 기계 위에 가요성 기판을 적재하는 단계를 포함하고;
    - 상기 코팅 기계의 한 부분 또는 상기 가요성 기판을 이동시켜 상기 가요성 기판이 상기 코팅 기계 내부의 제 1 위치에 배열되는 단계를 포함하며;
    - 상기 가요성 기판이 상기 제 1 위치에 있을 때 상기 가요성 기판 위에 하나 또는 그 이상의 무기 배리어층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 무기 배리어층은 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄일 수 있으며;
    - 상기 코팅 기계 또는 상기 가요성 기판을 이동시켜 상기 가요성 기판이 상기 코팅 기계 내부의 제 2 위치에 배열되는 단계를 포함하고, 상기 제 2 위치는 상기 제 1 위치와 상이하며;
    - 하나 또는 그 이상의 배리어층에 인접하게 반응층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 반응층은 상기 무기 배리어층을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들과 반응하며, 상기 반응층과 상기 하나 또는 그 이상의 배리어층은 상기 가요성 기판 위에서 조합되어 다층 스택을 형성하는 다층 스택 제작 공정.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 다층 스택 제작 공정은 태양전지, 광원 및 발광 다이오드 디스플레이, 및 전해전지로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원에 상기 다층 스택을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택 제작 공정.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 배리어층 형성 단계는 스퍼터링(sputtering), 반응 스퍼터링(reactive sputtering), 증발법(evaporation), 반응 증발법(reactive evaporation), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition), 용액 코팅 공정(solution coating process) 및 플라즈마 기상 증착성장법(plasma enhanced chemical vapor deposition)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기술 중 하나 이상의 기술을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택 제작 공정.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 반응층 형성 단계는 스퍼터링, 반응 스퍼터링, 증발법, 반응 증발법, 화학적 기상 증착법, 용액 코팅 공정 및 플라즈마 기상 증착성장법으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기술 중 하나 이상의 기술을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택 제작 공정.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 배리어층 형성 단계는 약 -20 ℃ 내지 약 200 ℃ 사이의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다층 스택 제작 공정.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 반응층 형성 단계는 약 -20 ℃ 내지 약 200 ℃ 사이의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다층 스택 제작 공정.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배리어층 형성 단계와 상기 반응층 형성 단계는 각각 롤-대-롤 작동법(roll-to-roll operation)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 다층 스택 제작 공정.
  32. 제25항에 있어서,
    상기 적재 단계는:
    - 스풀(spool) 주위에 둘러싸인 가요성 기판을 코팅 기계 내부에 위치시키는 단계; 및
    - 상기 가요성 기판을 테이크-업 스풀(take-up spool)로 연장하고 상기 테이크-업 스풀에 고정시켜 상기 배리어층 형성 단계를 위해 가요성 기판의 적어도 일부분이 노츨되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 스택 제작 공정.
  33. 제25항에 있어서,
    상기 배리어층 형성 단계와 상기 반응층 형성 단계 동안 상기 기판은 드럼(drum)과 접촉하며, 상기 드럼은 약 -20 ℃ 내지 약 200 ℃ 사이의 온도로 설정되는 것을 특징으로 하는 다층 스택 제작 공정.
  34. 다층 배리어 스택 조성물(composition)에 있어서,
    상기 다층 배리어 스택 조성물은:
    - 내부를 통과하는 가스 또는 증기 분자들이 이동되는 것을 줄이기 위해 무기 배리어층을 포함하고, 상기 무기 배리어층은 금속, 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 금속 옥시-니트라이드, 금속 카보-니트라이드 및 금속 옥시-카바이드-니트라이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하며;
    - 상기 무기 배리어층을 통해 확산되는 가스 또는 증기 분자들과 반응하기 위해 유효한 양의 반응 재료를 포함하는 무기 반응층을 포함하고,
    상기 반응 재료는 알칼리 금속 옥사이드, 징크 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 금속-도핑 징크 옥사이드 및 실리콘 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 다층 배리어 스택 조성물.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 무기 배리어층 내에 있는 하나 이상의 구성원은 약 1중량% 내지 약 100중량% 사이의 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 다층 배리어 스택 조성물.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반응 재료는 약 1중량% 내지 약 100중량% 사이의 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 다층 배리어 스택 조성물.
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